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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Fluid-Sammelwanne für Kraftfahrzeuggetriebe mit integriertem Fluid-Wärmetauscher innerhalb der Wanne.
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HINTERGRUND
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Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen dar, welche die vorliegende Offenbarung betreffen, und können dem Stand der Technik entsprechen oder auch nicht.
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Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen benutzen vertiefte Sumpfbereiche zum Sammeln von Fluid, wie zum Beispiel Getriebefluid, das durch das Getriebe umgewälzt wird und zur Schmierung und Kühlung des Getriebes verwendet wird. Üblicherweise wird das Getriebefluid aus dem Getriebe geleitet und in einen separaten Wärmetauscher geleitet, der im Kühler für die Motorkühlung integriert ist, sodass das Getriebefluid je nach Bedarf entweder vorgewärmt oder abgekühlt werden kann. Es wurde festgestellt, dass das Vorwärmen von kaltem Getriebefluid oder Getriebefluid mit Umgebungstemperatur die Kraftstoffeinsparung erhöht, insbesondere bei Motorstart-Bedingungen. Nachdem das Getriebefluid während des Fahrzeugbetriebs aufgeheizt wurde, muss das Fluid gekühlt werden, um den Abbau seiner Schmierungs- und Betriebseigenschaften abzuschwächen. Die erforderlichen Leitungen und Verbindungen für den Fluss zu und aus dem Wärmetauscher/Kühler sind in der Anschaffung und Installation teuer und schaffen infolge der Schäden durch die Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel Schmutz auf den Straßen, spezielle Wartungsprobleme, und vergrößern die Anzahl von Stellen, an denen Fluid-Leckagen auftreten können. Wird zusätzlich ein lokaler, außen montierter Wärmetauscher an die Getriebewanne angebracht, um das Getriebefluid zu kühlen oder zu wärmen, so kann dies aufgrund des geringen Bodenabstands der Wanne sowie der Anfälligkeit der Komponenten des Wärmetauschers und der Leitungen, wenn diese den Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden, zu unerwünschten Schäden des Wärmetauschers führen, sowie auch zu einem Wärmeverlust. Möglicherweise muss der Wärmetauscher auch vergrößert werden, um die thermischen Verluste zu berücksichtigen, wenn der Wärmetauscher außen montiert wird.
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Dementsprechend gibt es für eine Getriebewanne, die angepasst wurde, um einen Wärmetauscher zum Vorwärmen und Kühlen aufzunehmen, Platz in der Technik.
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Aus der Druckschrift
DE 601 18 333 T2 ist ein Ölkühler für eine Brennkraftmaschine bekannt. In der Druckschrift
US 6 217 758 B1 ist eine Ölsumpfanordnung mit einem integrierten Filter und Wärmetauscher offenbart. Die Druckschrift
DE 101 24 071 A1 zeigt eine Ölwanne für eine Brennkraftmaschine oder ein Getriebe. In der Druckschrift
EP 2 252 775 B1 ist eine Kühlvorrichtung für Motoröl einer Brennkraftmaschine beschrieben.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Getriebewanne mit einem integrierten Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebewanne mit einem integrierten Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß umfasst eine Getriebewanne mit einem integrierten Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug eine Baueinheit, die eine Getriebewanne und einen Wärmetauscher beinhaltet. Der Wärmetauscher ist vollständig innerhalb der Getriebewanne positioniert.
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Dabei beinhaltet der Wärmetauscher erfindungsgemäß eine im Wesentlichen ebene Oberfläche, und einen rechteckig geformten Körper, der angepasst ist, um eine Tiefe „A“ der erforderlichen Getriebewanne zur Integration einer Höhe „B“ des Wärmetauschers möglichst gering zu halten, wobei die Oberfläche eine erste Fluidöffnung, die eine Einlassöffnung für das Getriebefluid definiert, und eine zweite Fluidöffnung, die eine Auslassöffnung für das Getriebefluid definiert, beinhaltet.
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In einem Beispiel der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Offenbarung, beinhaltet der Wärmetauscher des Weiteren eine Kühlkopf-Baugruppe mit: einem Einlasskopf und einem Auslasskopf, jeder über eine Wand des Wärmetauschers am Eingang befestigt und abgedichtet; wobei der Einlasskopf und der Auslasskopf auch jeweils eine Außenwand der Getriebewanne durchdringen und jeweils daran befestigt und abgedichtet sind, wobei die Durchgänge des Einlasskopfs und des Auslasskopfs die Außenwand berühren.
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In noch einem weiteren Beispiel der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Offenbarung, beinhaltet die Kühlkopf-Baugruppe des Weiteren: einen Einlassstutzen, der mit dem Einlasskopf verbunden ist; und einen Auslassstutzen, der mit dem Auslasskopf verbunden ist; worin der Einlassstutzen und der Auslassstutzen jeweils zur Aufnahme eines Schlauches angepasst sind, der für den Fluss des flüssigen Kühlmittels bereitgestellt wird.
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In noch einem weiteren Beispiel der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Offenbarung, sind der Einlasskopf und der Auslasskopf jeweils mit einer gemeinsamen Seitenwand des Wärmetauschers verbunden.
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In noch einem weiteren Beispiel der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Offenbarung, sind der Einlasskopf und der Auslasskopf mit unterschiedlichen Seitenwänden des Wärmetauschers verbunden.
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In noch einem weiteren Beispiel der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Offenbarung, beinhaltet der Wärmetauscher des Weiteren eine Kühlkopf-Baugruppe, die einen Einlasskopf und einen Auslasskopf hat, wobei jeder über eine unterschiedliche Wand des Wärmetauschers am Eingang befestigt und abgedichtet ist.
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Noch ein weiteres Beispiel der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Offenbarung beinhaltet des Weiteren eine Flanschverschraubung der Getriebewanne, entsprechend geformt und angepasst, zur Kopplung mit einer Flanschverschraubung des Automatikgetriebes; und eine Tiefe der Getriebewanne, so ausgewählt, um oberhalb des Wärmetauschers Platz für Verbindungen zum Wärmetauscher innerhalb der Getriebewanne bereitzustellen, für den Einlass und Auslass des Getriebefluids zu und vom Wärmetauscher.
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In noch einem weiteren Beispiel der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Offenbarung, ist der Wärmetauscher der Baugruppe an einem Boden auf der Innenseite der Getriebewanne befestigt.
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In noch einem weiteren Beispiel der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug der vorliegenden Offenbarung, ist der Wärmetauscher ein Plattenwärmetauscher.
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Weitere Eigenschaften, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, die Betonung liegt vielmehr auf der Darstellung der erfindungsgemäßen Prinzipien. In den Figuren bezeichnen darüber hinaus gleiche Nummern in allen Ansichten entsprechend dieselben Komponenten. Zu den Zeichnungen:
- 1 ist eine perspektivische Unteransicht auf den linken Teil einer Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher, die an einem Fahrzeug mit Automatikgetriebe montiert ist, gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine perspektivische Draufsicht auf den oberen linken Teil der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher von 1;
- 3 ist eine Draufsicht auf den Wärmetauscher in 2;
- 4 ist eine Seitenansicht des Wärmetauschers in 2; und
- 5 ist eine Rückansicht des Wärmetauschers in 2.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, wird eine Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher 10 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Speziell mit Bezug auf 1 wird eine Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher 10 mit einem Kraftfahrzeug 12 bereitgestellt, die lösbar verbunden ist, beispielsweise durch Befestigung am Sumpfbereich eines Automatikgetriebes 14. Eine Baugruppe 16, beinhaltend eine Getriebewanne und Wärmetauscherkomponenten, ist mit dem Automatikgetriebe verbunden. Eine Flanschverschraubung 18 des Automatikgetriebes 14 wird zur Aufnahme einer entsprechend geformten Flanschverschraubung 20 einer Getriebewanne 22 der Baugruppe 16 angepasst. Mit einer Dichtung zur Abdichtung der Getriebewanne 22 an der Flanschverschraubung 18 wird der Innenraum der Getriebewanne 22 im Wesentlichen gegenüber den Umgebungsbedingungen abgedichtet, und kann je nach Bedarf auf die Betriebstemperatur des Getriebes aufgeheizt oder abgekühlt werden. Anordnung 16 beinhaltet ferner einen Wärmetauscher 24 und eine Kühlkopf-Baugruppe 26. Gemäß mehreren Aspekte wird der Wärmetauscher 24 vollständig im Innenraum der Getriebewanne 22 positioniert, also mit angebrachter Dichtung, um die Getriebewanne 22 an der Flanschverschraubung 18 des Getriebes 14 abzudichten, daher wird der Wärmetauscher 24 im Wesentlichen durch die Dichtung zur Abdichtung der Getriebewanne gegenüber den Umgebungsbedingungen abgedichtet, geschützt durch die Wände der Getriebewanne 22, und kann mit einer Strömung von Getriebefluid und einer Kühlflüssigkeitsquelle versorgt werden, beispielsweise um, je nach Bedarf, das durch den Wärmeaustauscher 24 geleitete Wärmeübergangsfluid zu erwärmen oder um das Getriebefluid zu kühlen.
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Bezugnehmend auf 2 und auch wieder auf 1, wird zur besseren Veranschaulichung die Baugruppe 16 vor der Montage am Automatikgetriebe 14 gezeigt. Der Wärmetauscher 24, der gemäß mehreren Aspekten ein Plattenwärmetauscher ist, ist im Hohlraum der Getriebewanne 22 positioniert, und kann am Boden auf der Innenseite 28 der Getriebewanne 22 befestigt werden. Der Wärmetauscher 24 kann von beliebiger Geometrie sein, aber, eine im Wesentlichen ebene Oberfläche 30, mit einem rechteckigen Gehäuse, wie gezeigt, ist eine bevorzugte Ausführungsform, zur Minimierung einer Tiefe „A“ der Getriebewanne 22, um eine Höhe „B“ des Wärmetauschers 24 zu integrieren. Gemäß mehreren Aspekten ist die Oberfläche 30 eine nach oben zeigende Fläche, die somit direkt zum Automatikgetriebe 14 am Sumpfbereich des Automatikgetriebes 14 gerichtet ist, wodurch direkte Verbindungen für die Leitungen bzw. Schläuche geschaffen werden, die das Getriebefluid in den Wärmetauscher, oder aus dem Wärmetauscher 24 heraus, leiten. In anderen Aspekten kann der Wärmetauscher 24 mit der flachen Oberfläche 30 bereitgestellt werden, wobei aber eine Gehäuseform mit unterschiedlichem Umfang ausgewählt wird, zum Beispiel eine runde oder ovale Form, oder eine erforderliche Form, um Behinderungen durch Komponenten des Getriebes 14 im Sumpfbereich des Getriebes zu vermeiden.
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Die Oberfläche 30 des Wärmetauschers 24 stellt gemäß mehreren Aspekten eine erste Fluidöffnung 32 bereit, die eine Einlassöffnung für das Getriebefluid definiert, und eine zweite Fluidöffnung 34, die eine Auslassöffnung für das Getriebefluid definiert. Getriebefluid strömt beispielsweise in die erste Fluidöffnung 32 des Wärmetauschers 24 in einer Strömungsrichtung „C“ und tritt aus der zweiten Fluidöffnung 34 in Strömungsrichtung „D“ aus. Im Sumpfbereich des Automatikgetriebes 14 bereitgestellte Verbindungen werden während der Montage der Baugruppe 16 auf das Automatikgetriebe 14 hergestellt, um Getriebefluid, das sich normalerweise am Boden der Innenfläche 28 ansammeln würde, stattdessen über die erste Fluidöffnung 32 einzuleiten und aus der zweiten Fluidöffnung 34 auszuleiten.
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Die Kühlkopf-Baugruppe 26 beinhaltet einen Einlasskopf 36 und einen Auslasskopf 38, jeder über eine Wand des Wärmetauschers 24 am Eingang befestigt und abgedichtet, beispielsweise durch Schweißen, Löten, oder durch eine Dichtung, wie beispielsweise einen Dichtring. Der Einlasskopf 36 und der Auslasskopf 38 durchdringen auch jeweils eine Außenwand 40 der Getriebewanne 22 und sind jeweils befestigt und abgedichtet an den Durchgängen durch die Außenwand 40, beispielsweise durch Schweißen, Löten, oder durch eine Dichtung, wie beispielsweise einen Dichtring. Der Einlasskopf 36 stellt den gesamten Kühlwasserfluss oder Fluidfluss an den Wärmetauscher 24 bereit, wo er über interne Kanäle (nicht dargestellt) des Wärmetauschers 24 verteilt wird. Der Auslasskopf 38 sammelt das gesamte Kühlwasser bzw. den gesamten Fluidstrom von den inneren Kanälen des Wärmetauschers 24 (nicht dargestellt), um dieses in das Kühlwassersystem des Kraftfahrzeugs zurückzuleiten.
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Ein Einlassstutzen 42 ist ferner mit dem Einlasskopf 36 verbunden, der so angepasst ist, dass er eine Schlauchleitung (nicht dargestellt) lösbar aufnimmt, die als Quelle einer Kühlmittel-Flüssigkeitsströmung in einer Einlass-Kühlmittel-Strömungsrichtung „E“ bereitstellt. Desgleichen wird ein Auslassstutzen 44 mit dem Auslasskopf 38 verbunden, der so angepasst wurde, um eine Schlauchleitung lösbar aufzunehmen (nicht gezeigt), der für den Rücklauf des flüssigen Kühlmittels in einer Auslass-Kühlungsmittel-Strömungsrichtung „F“ bereitgestellt wird. Obwohl der Einlassstutzen 42 und der Auslassstutzen 44 in dem exemplarischen Aspekt nach oben gerichtet sind, kann die Richtung oder Ausrichtung des Einlassstutzens 42 und des Auslassstutzens 44 in jeder beliebigen, gewünschten Richtung oder Ausrichtung sein, um den Systemanforderungen bzw. der Konfiguration der Kühlflüssigkeitszufuhr und des Rücklaufsystems zu entsprechen.
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Bezugnehmend auf 3 und wieder auf 1-2, können der Einlasskopf 36 und der Auslasskopf 38 jeweils mit einer gemeinsamen Seitenwand des Wärmetauschers 24 verbunden sein, beispielsweise mit einer ersten Seitenwand 46. Gemäß anderen Aspekten können der Einlasskopf 36 und der Auslasskopf 38 auch beide mit jeder anderen Seitenwand des Wärmetauschers 24 verbunden sein, wie einer zweiten, einer dritten oder einer vierten Seitenwand 48, 50, 52. Sowohl der Einlasskopf 36 als auch der Auslasskopf 38 können daher jede der Seitenwände der Getriebewanne 22 durchdringen. Gemäß weiteren Aspekten, können der Einlasskopf 36 und der Auslasskopf 38 auch voneinander getrennt werden, so dass jeder mit einer anderen der ersten, zweiten, dritten, oder vierten Seitenwände 46, 48, 50, 52 verbunden ist. Sowohl der Einlasskopf 36 als auch der Auslasskopf 38 können daher individuell eine andere Seitenwand der Getriebewanne 22 durchdringen. Eine Länge „G“ des Einlasskopfs 36 und des Auslasskopfs 38 kann auch variiert werden, um an die interne Geometrie der Getriebewanne 22 und den Abstand zur Wand bzw. den Wänden der Getriebewanne 22 angepasst zu werden.
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Bezugnehmend auf 4 und auch wieder auf 3, kann eine Erhöhung des Einlasskopfs 36 und des Auslasskopfs 38 an ihren exemplarischen Verbindungen mit der ersten Seitenwand 46 ausgewählt werden, um einen durch Schwerkraft ausgelösten inneren Ablauf der Kühlflüssigkeit aus dem Wärmetauscher 24 zu fördern. Die Erhöhung des Einlasskopfs 36 und des Auslasskopfs 38 kann beispielsweise in etwa auf gleicher Ebene mit der Bodenwand 54 des Wärmetauschers positioniert werden. Gemäß weiteren Aspekten können der Einlasskopf 36 und der Auslasskopf 38 an jeder beliebigen Höhe der Höhe „B“ des Wärmetauschers 24 positioniert werden.
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Bezugnehmend auf 5 und auch wieder auf 3, kann ein Abstand „H“ zwischen dem Einlasskopf 36 und dem Auslasskopf 38 gewählt werden, entsprechend der gewünschten Anordnung der Kühlmittelzufuhr- und Rückführleitung oder der Rohrleitung zum Wärmetauscher 24. Desgleichen, wie in 3 gezeigt, kann ein Abstand „J“ zwischen der ersten Fluidöffnung 32 und der zweiten Fluidöffnung 34 auch gewählt werden, um sich an einen Abstand und/oder eine Geometrie der Getriebekomponenten im Sumpfbereich des Getriebes 14 anzupassen.
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Zurückkommend auf 1-3, kann das Getriebe 14 externe Getriebe-Fluidöffnungen 56, 58 beinhalten, die bereits für die externe Ableitung und Rückführung eines Getriebefluids angepasst sind. Die Positionen der ersten Fluidöffnung 32 und der zweiten Fluidöffnung 34 können daher auch ausgewählt werden, um die vorhandenen Getriebe-Fluidöffnungen 56, 58 zu verwenden, um über externe Fließleitungen (nicht dargestellt), die durch eine der Seitenwände der Getriebewanne 22 durchgeführt sind und in den Wärmetauscher 24 hineingeführt werden, das Getriebefluid zum und aus dem Wärmetauscher 24, der innerhalb der Getriebewanne 22 positioniert ist, ein- und auszuleiten. Wenn diese Option auch eine gewisse Exposition des Getriebefluids gegenüber der Umgebungstemperatur bedeutet, so sind doch die Verbindungsleitungen kurz und der Wärmetauscher 24 ist noch immer vollständig innerhalb des Raums der Getriebewanne 22 positioniert, was die Exposition des Wärmetauschers 24 gegenüber der Umgebung abschwächt.
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Die vollständige Positionierung des Wärmetauschers 24 innerhalb der Getriebewanne 22 bietet mehrere Vorteile. Die Getriebewanne 22 ist zum Schutz gegen Umwelteinflüsse und Stöße konzipiert, wodurch der Wärmetauscher 24 durch Schäden infolge von Umgebungseinflüssen, wie Schmutz auf den Straßen und Verunreinigungen, die die Leistung des Wärmetauschers herabsetzen können. Die Umgebung innerhalb der Getriebewanne 22 hat eine gemäßigte Temperatur im Vergleich zur Montage des Wärmetauschers 24 außerhalb der Getriebewanne 22. Dies verringert thermische Verluste des Wärmetauschers, insbesondere während der Start- und Aufwärmphase des Motors und Getriebes und während des Betriebs im Winter, wenn die Umgebungstemperatur am niedrigsten sein kann. Das Design der Getriebewanne mit integriertem Wärmetauscher 10 der vorliegenden Offenbarung minimiert auch die Leitungen und/oder Verbindungen, die für die Getriebefluidströmung zum und aus dem Wärmetauscher 24 heraus erforderlich sind, wodurch Kosten reduziert werden, Leckagen des Getriebefluids verringert werden, und der Wartungsaufwand bezüglich dieser Komponenten reduziert wird.
